SU447738A1

SU447738A1 - Electromagnetic angle-code converter

Info

Publication number: SU447738A1
Application number: SU1799947A
Authority: SU
Inventors: Вилен Григорьевич Домрачев; Николай Иванович Куренков
Original assignee: Войсковая часть 67947
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1974-10-25

Description

1one

Изобретение относитс к автоматике и вычислительной технике и предназначено дл преобразовани угловых перемещений в код.The invention relates to automation and computing and is intended to convert angular displacements into code.

Известен электромагнитный преобразователь угол-код, содержащий кодирующее устройство и расположенные относительно него считывающие элементы, в которые с целью повышени разрешающей способности введены дополнительпые считывающие элементы, работающие не в дискретном, а в непрерывном режиме, с последующим преобразованием изменени их индуктивности в изменение частоты и частоты в код. Однако это устройство имеет сложную электронную схему из-за трудности получени линейной зависимости частоты от индуктивности.An electromagnetic angle-code converter is known that contains an encoder and readout elements located relative to it, in which, for the purpose of increasing resolution, additional reading elements are introduced that operate not in discrete mode, but in continuous mode, with subsequent conversion of their inductance change into frequency and frequency changes in the code. However, this device has a complex electronic circuit due to the difficulty of obtaining a linear dependence of frequency on inductance.

Предлагаемый электромагнитный преобразователь угол-код отличаетс от известного тем, что чувствительными органами дополнительных считывающих элементов вл ютс магниторезисторы, включенные во врем задающие цепи соответствующих одновибраторов . Изменение угла поворота кодирующего устройства приводит к изменению сопротивлени магниторезисторов, а, следовательно, длительности импульсов одновибраторов. Логическа схема осуществл ет преобразование полученных временных интервалов в код, а также защиту от сбоев при разных сочетани х значений сопротивлений магниторезисторов . Учитыва , что в предлагаемом преобразователе удаетс получить с достаточной точностью линейную зависимость угол-соппротивление-временной интервал оказываетс возможным повысить разрешающую способность преобразовател на величину, соответствующую 4-5 двоичным разр дам. При этом схема устройства выполн етс на элементах дискретного действи и не вызывает трудностей в реализации.The proposed angle-code electromagnetic transducer differs from the known one in that the sensitive organs of the additional reading elements are magnetoresistors, which are switched on during the time of the master circuits of the corresponding single-oscillators. A change in the angle of rotation of the encoder leads to a change in the resistance of the magnetoresistors, and, consequently, in the duration of the pulses of one-shot. The logic circuit performs the conversion of the received time intervals into a code, as well as protection against failures with different combinations of resistance values of the magnetoresistors. Taking into account that in the proposed converter it is possible to obtain with sufficient accuracy a linear dependence of the angle-resistance-time interval it is possible to increase the resolution of the converter by an amount corresponding to 4-5 binary bits. In this case, the device circuit is performed on elements of a discrete action and does not cause difficulties in implementation.

На фиг. 1 показано расположение дополнительных считывающих элементов; на фиг. 2 - кривые изменени сопротивлени магниторезисторов в зависимости от угла поворота кодирующего устройства; на фиг. 3 - крива изменени сопротивлени магниторезистора в зависимости от индукции; на фиг. 4 - функциональна схема преобразовател .FIG. 1 shows the location of additional reading elements; in fig. 2 - curves of resistance of the magneto-resistors depending on the angle of rotation of the encoder; in fig. 3 — curve of resistance variation of a magnetoresistor depending on induction; in fig. 4 - functional converter circuit.

Электромеханическа часть преобразовател содержит кодирующее устройство (см. фиг. 1), например барабан, относительно разр дных дорожек 2 которого размещены п считывающих элементов 3. Кодовый рисунокThe electromechanical part of the converter contains an encoder (see Fig. 1), for example, a drum, with respect to the discharge tracks 2 of which the reading elements 3 are arranged. Code pattern

на дорожках и расположение считывающих элементов соответствуют прин тому коду, например коду Гре или методу Баркера. Р дом с tt-ой дорожкой расположена дополнительна дорожка 4, не имеюща впадин. Относительно {п-1)-й и дополнительной дорожек установлены два дополнительных считывающих элемента 5 и 6, каждый из которых имеет магнитопровод П-образной формы. Каждый магнитопровод выполнен составным и включает кроме магнитопровод ш,их участков последовательно соединенные посто нный магнит или электромагнит 7 (или 8) и магниторезистор 9 (или 10). Считывающие элементы 5 и b смещены относительно друг друга на удобное число квантов и еще на половину кванта (л-1) кодирующей дорожки и установлены относительно п-ои дорожки таким образом, чтобы середине каждого кванта «-ОЙ дорожки соответствовала максимальна или минимальна величина сопротивлени магниторезисторов 9 или 10. Магниторезисторы 9 и 10 вл ютс составной частью RC-цепей одновибраторов 11 и 12 (см. фиг. 4). Цепи запуска одновибраторов подключены к шине опроса преобразовател , а их выходы - к первым входам схем «И 13 и 14. Вторые входы этих схем «И соединены с генератором импульсов 15, а третьи - с выходами триггера 16, первый вход которого подключен к выходу п-го считывающего элемента 3. Выходы схем «И 13 и 14 соединены с входами схемы «ИЛИ 17, выход которой подключен к счетчику пульсов 18. К счетчику 18 подключены два дешифратора 19 и 20, которые выполнены таким образом, что на выходах дешифратора 19 по вл етс нарастающий код в соответствии с увеличением числа в счетчике 18, а дещифратор 20 - убывающий код при тех же услови х . Заметим, что емкость счетчика 18 зависит от степени дискретизации кванта «-ой кодирующей дорожки и выбрана строго определенной в соответствии с числом дополнительно получаемых разр дов. Выходы дешифраторов 19 и 20, соответствующие одноименным разр дам дополнительного кода, подключены к входам схем «ИЛИ 21, выходы которых соответствуют п-{-1, и т. д. разр дам преобразовател . Выходы одновибраторов 11 и 12 соедииены с входами схемы «И 22, а также через дифференцирующие цепи 23 и 24 подключены к первым входам соответственно схем «И 25 и 26. Выход схемы «И 22 через схему «НЕ 27 соединен со вторыми входами схем «И 25 и 26, выход схемы «И 25 подключен к входу дешифратора 20, а выход схемы. «И 26 - к входу дешифратора 19. Эта часть схемы служит дл того, чтобы определить , на каком участке кривой изменени сопротивлени магниторезистрра в зависимости от перемещени - возрастающем или убывающем - функционирует устройство в данной угловой координате (см. фиг. 2). Выходы дифференцирующих цепей 23 и 24 соединены с входами схемы «И 28, выход которой соединен с входом схемы «И 29. Второй вход последней подключен к первому выходу триггера 16. Выход схемы «И 29 соединен с входом схемы «ИЛИ 21. Описанна часть схемы необходима дл исключени неоднозначности в выходном коде преобразовател в том случае, когда значени сопротивлений магниторезисторов 9 и 10 равны, т. е. одновибраторы И и 12 заканчивают формирование выходных импульсов в одно и то же врем . Выходы схем «И 25, 26 и 28 подключены к входам схемы «ИЛИ 30, выход которой подключен к второму входу триггера 16 и к цепи сброса счетчика 18 в нулевое состо ние. Назначение этой части схемы - подготовка устройства к измерени м угла с приходом следующего импульса опроса. Устройство работает следующим образом. В процессе изменени углового положени кодирующего устройства 1 на выходе считывающих элементов 3 формируетс /г-разр дный код. При этом сопротивление магниторезисторов 9 и 10 измен етс по закону, близкому к синусоидальному (см. фиг. 2). Это объ сн етс тем, что индукци в воздушном зазоре преобразовател измен етс по такому же закону, а зависимость сопротивлени магниторезистора (см. фиг. 3) на рабочем индукции от SP до участке изменени В„ Рмакс близка к линейной. Считывающие элементы 5 и 6 установлены по угловой координате таким образом, что близкие к линейным отрезки кривых изменени сопротивлений соответствуют каждый одному определенному кванту п-й кодовой дорожки. В указанных пределах с учетом делени пополам ошибки линейность может быть выдержана с точностью в несколько процентов (2-5%). С приходом импульса опроса в зависимости от выходного Сигнала «-го считывающего элемента 3 триггер 16 занимает одно из двух устойчивых положений, что определ ет подачу разрешающего потенциала на соответствующие входы схем «И 13 или 14. Одновременно происходит запуск одновибраторов 11 и 12, в результате чего на врем следовани выходного импульса каждого одновибратора подаетс разрешающий потенциал на соответствующие входы схем «И 13 и 14. Таким образом, одна из этих схем «И начинает пропускать импульсы генератора 15 через схему «ИЛИ 17 на вход счетчика 18, где они подсчитываютс в течение времени следовани импульса соответствующего одновибратора. В момент начала формировани одновибраторами И и 12 выходных импульсов срабатывает схема «И 22, а сигнал на выходе хемы «НЕ 27 по вл етс лишь в тот моент , когда перестает работать схема «И 22, т. е. заканчиваетс выходной импульс дного из одновибраторов. Начина с этого омента, оказываютс готовыми дл срабаывани схемы «И 25 и 26. Это срабатываие происходит тогда, когда заканчиваетс импульс другого одновибратора, который дифференцируетс на спаде с помощью дифференцирующих цепей 23 или 24, в результате чего срабатывает одна из схем «И 25 или 26. Сигналы с выходов этих схем воздействуют на входы дешифраторов 19 и 20, определ момент и пор док считывани кода со счетчика 18 в выходные цепи дополнительных разр дов преобразовател .on the tracks and the location of the reading elements correspond to the received code, for example, the Gre code or the Barker method. Next to the tt track is an additional track 4, which has no cavities. Regarding the (n-1) -th and additional tracks, two additional reading elements 5 and 6 are installed, each of which has a U-shaped magnetic circuit. Each magnetic circuit is made composite and includes, in addition to the magnetic core w, their sections connected in series a permanent magnet or an electromagnet 7 (or 8) and a magnetoresistor 9 (or 10). The read elements 5 and b are shifted relative to each other by a convenient number of quanta and another half of the quantum (l-1) of the coding track and set relative to the p-oi track so that the maximum or minimum resistance of the magnetoresistors corresponds to the middle of each quantum "-OW" 9 or 10. Magnetoresistors 9 and 10 are part of the RC circuits of the single vibrators 11 and 12 (see Fig. 4). The single-shot trigger circuits are connected to the polling bus of the converter, and their outputs are connected to the first inputs of circuits “And 13 and 14. The second inputs of these circuits are connected to the pulse generator 15, and the third to the outputs of trigger 16, the first input of which is connected to the output n th readout element 3. The outputs of the circuits "And 13 and 14 are connected to the inputs of the circuit" OR 17, the output of which is connected to the pulse counter 18. Two decoder 19 and 20 are connected to the counter 18, which are designed so that the outputs of the decoder 19 are is the incremental code in accordance with the increase in chi la in the counter 18, and deschifrator 20 - decreasing code under the same conditions. Note that the capacity of the counter 18 depends on the degree of discretization of the quantum of the “-th encoding track and is chosen strictly determined in accordance with the number of additionally obtained bits. The outputs of the decoders 19 and 20, corresponding to the like bits of the additional code, are connected to the inputs of the OR 21 circuits, the outputs of which correspond to n - {- 1, and so on, will discharge the converter. The outputs of the one-shot 11 and 12 are connected to the inputs of the circuit “And 22, as well as through the differentiating circuits 23 and 24 are connected to the first inputs, respectively, of the circuits“ And 25 and 26. The output of the circuit “And 22 through the circuit“ NOT 27 is connected to the second inputs of the circuits “And 25 and 26, the output of the circuit “And 25 is connected to the input of the decoder 20, and the output of the circuit. "And 26 to the input of the decoder 19. This part of the circuit serves to determine in which part of the resistance curve of the magnetoresister, depending on the displacement — increasing or decreasing — the device operates at a given angular coordinate (see Fig. 2). The outputs of the differentiating circuits 23 and 24 are connected to the inputs of the circuit “And 28, the output of which is connected to the input of the circuit“ And 29. The second input of the latter is connected to the first output of the trigger 16. The output of the circuit “And 29 is connected to the input of the circuit“ OR 21. The described part of the circuit necessary to avoid ambiguity in the output code of the converter in the case when the resistance values of the magnetoresistors 9 and 10 are equal, i.e., the single-oscillators I and 12 complete the formation of the output pulses at the same time. The outputs of the circuits And 25, 26 and 28 are connected to the inputs of the circuit OR 30, the output of which is connected to the second input of the trigger 16 and to the reset circuit of the counter 18 to the zero state. The purpose of this part of the circuit is to prepare the device for measuring the angle with the arrival of the next survey pulse. The device works as follows. In the process of changing the angular position of the coding device 1, at the output of the reading elements 3, a / z-bit code is generated. In this case, the resistance of the magneto resistors 9 and 10 varies according to a law close to sinusoidal (see Fig. 2). This is due to the fact that the induction in the air gap of the converter changes according to the same law, and the dependence of the resistance of the magnetoresistor (see Fig. 3) on the working induction from SP to the section of change Pmax is close to linear. The read elements 5 and 6 are set along the angular coordinate in such a way that close to linear segments of the resistance variation curves correspond each to one specific quantum of the nth code track. Within the specified limits, taking into account the division in half of the error, linearity can be maintained with an accuracy of several percent (2-5%). With the arrival of the interrogation pulse, depending on the output Signal of the “-th reading element 3, the trigger 16 occupies one of two stable positions, which determines the supply of the resolving potential to the corresponding inputs of the circuits“ And 13 or 14. Simultaneously, the one-shot 11 and 12 start up, as a result As the output pulse of each one-vibrator is fed, the resolving potential is applied to the corresponding inputs of the circuits AND 13 and 14. Thus, one of these circuits AND starts to pass the pulses of the generator 15 through the circuit OR 17 to the input counter 18, where they are counted during the pulse time of the corresponding one-shot. At the moment of the beginning of the formation of the single vibrators AND and 12 output pulses, the AND 22 circuit is triggered, and the output signal of the NOT 27 circuit appears only at the moment when the AND 22 circuit stops working, i.e., the output pulse of the single vibrator ends . Starting with this oment, they are ready to trigger the < 25 & 26 " circuits. This operation occurs when the impulse of another one-shot, which is differentiated in decay, with the help of differentiating circuits 23 or 24, ends, resulting in one of the & 25 or 26. The signals from the outputs of these circuits affect the inputs of the decoders 19 and 20, determining the moment and order of reading the code from counter 18 to the output circuits of the additional bits of the converter.

Если в некоторый момент времени t {см. фиг. 2) угловое положение кодирующего устройства соответствует изображенному на чертеже, то на выходе л-го считывающего элемента 3 с приходом импульса опроса по вл етс сигнал. В св зи с этим триггер 16 занимает такое положение, при котором срабатывает схема «И 14 и в счетчике 18 формируетс число, соответствующее выходному импульсу одновибратора 12, т. е. величине сопротивлени магниторезистора на нижней кривой фиг. 2. В момент окончани импульса одновибратора 12 по вл етс сигнал па выходе схемы «НЕ 27, так как импульс одновибратора 11 больще по длительности , чем импульс одиовибратора 12 (см. фиг. 2). По окончании импульса одновибратора 11 срабатывает схема «И 26, в результате чего функционирует дешифратор 19, соответствующий случаю иарастани кода при нарастании величины угла поворота кодирующего устройства. Дешифратор 19 выполнен таким образом, что дешифрирует состо ние счетчика 18, соответствующее временному интервалу от начала единичного кванта п разр да до момента времени ti (см. фиг. 2) с учетом компенсации временного интервала , соответствующего конечной величине сопротивлени в точке Вр (см. фиг. 3).If at some time t {see FIG. 2) the angular position of the encoder corresponds to that shown in the drawing, then a signal appears at the output of the nth reading element 3 with the arrival of a polling pulse. In this connection, the trigger 16 occupies such a position that the AND 14 circuit operates and the number 18 in the counter 18 is formed that corresponds to the output pulse of the single-oscillator 12, i.e., the resistance value of the magnetoresistor on the lower curve of FIG. 2. At the moment of the end of the pulse of the one-shot 12, a signal of the circuit HE 27 appears, since the pulse of the one-shot 11 is longer in duration than the pulse of the one-shot 12 (see Fig. 2). At the end of the pulse of the one-shot 11, the “AND 26” circuit operates, as a result of which the decoder 19 is functioning, corresponding to the case and tangling of the code with an increase in the angle of rotation of the encoder. The decoder 19 is designed in such a way that it decrypts the state of the counter 18, corresponding to the time interval from the beginning of a single quantum n bit to the time ti (see Fig. 2), taking into account the compensation of the time interval corresponding to the final resistance value at point BP (see Fig. 3).

Если при единичном сигнале на выходе п-го считывающего элемента 3 имеет место случай , соответствующий моменту времени 4 (см. фиг. 2), то сигнал на выходе одновибратора 12 будет более длинным, чем у одиовибратора 11. Рассужда аналогичным образом, можио показать, что в этом случае сработает схема «И:2 25, котора приведет к функционированию дешифратора 20. Последний подключен к счетчику 18 таким образом, что выход его младшего разр да соответствует старшему разр ду счетчика с учетом конечной величины сопротивлени на отрезке (бмакс -If the case of a single signal at the output of the n-th reading element 3 is a case corresponding to time 4 (see Fig. 2), then the signal at the output of the one-shot 12 will be longer than that of the one-shot 11. Reason in a similar way can be shown That in this case the circuit "AND: 2 25 will work, which will lead to the operation of the decoder 20. The latter is connected to the counter 18 in such a way that the output of its low-order bit corresponds to the highest bit of the counter taking into account the final resistance value on the segment (bmax -

йрмакс) о (см. фиг. 3).jrmaks) o (see fig. 3).

в случае нулевого выходного сигиала п-го считывающего элемента 3 триггер 16 занимает противоположное рассмотренному состо ние , и схема функционирует аналогично с той лишь разницей, что при этом срабатывает схема «И 13. Здесь также возможны два рассмотренных варианта, которые принципиально не отличаетс от описанных.in the case of a zero output sigial of the n-th reading element 3, the trigger 16 occupies the opposite state considered, and the circuit operates similarly with the only difference that the AND13 circuit works here. There are also two options considered that are not fundamentally different from those described .

Нар ду с рассмотренными возможен третий вариант работы устройства, когда импульсы одновибраторов 11 и 12 закончатс одновременно . При этом на выходе схем «И 25 и 26 сигналы не возникают. Здесь возможны два случа , когда при неопределенности считывани , соответствующей переходу от «1 к «О в п-оы разр де, п-ым считывающим элементом 3 восприн та «1 или «О. В случае воспри ти «1 (см. фиг. 2) код (л+1)-го и последующих разр дов должен состо ть из одних единиц. Поэтому при срабатыванииAlong with those considered, a third variant of the operation of the device is possible, when the pulses of one-shot 11 and 12 will end simultaneously. In this case, the output of the circuits And 25 and 26 signals do not occur. Here, two cases are possible when, with a reading uncertainty corresponding to the transition from "1 to" O to n-oy of the category, n-th reading element 3, perceived "1 or" O. In the case of perception "1 (see Fig. 2), the code (l + 1) -th and subsequent bits should consist of one units. Therefore, when triggered

схемы «И 28 по вл етс сигнал на выходе схемы «И 29, который через схему «ИЛИ 21 формирует на выходе преобразовател указанный код.The AND 28 circuit appears at the output of the AND 29 circuit, which, through the OR 21 circuit, generates the specified code at the output of the converter.

Тогда, когда считывающим элементом вThen, when the reading element in

ft-OM разр де восприн т «О при тех же услови х схема устройства функционирует обычным образом, формиру в (п + 1)-ом и последующих разр дах нули. Дл подготовки работы устройства с приходом следующего импульса опроса на выходе схемы «ИЛИ 30 вырабатываетс сигнал сброса, который устанавливает в исходное состо ние триггер 16 п в нулевое состо ние счетчик 18. Установка происходит в момент срабатывани одной из схем «И 25, 26 пли 28.The ft-OM bit is perceived. “Under the same conditions, the circuit of the device functions in the usual way, forming zeros in the (n + 1) th and subsequent bits. To prepare the device for operation with the arrival of the next polling pulse at the output of the OR 30 circuit, a reset signal is generated, which reset the trigger 16 to the zero state of counter 18. The installation takes place at the moment one of the And 25, 26 or 28 circuits is triggered. .

Предмет изобретени Subject invention

Электромагнитный преобразователь угол -Electromagnetic angle converter -

код, содержащий кодирующее устройство с п кодовыми дорожками, считывающие элементы , расположенные относительно кодовых дорожек, два дополнительных считывающих элемента, триггер, одновибраторы, генераторcode containing encoder with n code tracks, read elements located relative to code tracks, two additional read elements, trigger, one-shot, generator

импульсов, счетчик, дешифраторы, дифференцирующие цепи, схемы «И, «ИЛИ и «НЕ, отличающийс тем, что, с целью повышени точности работы и упрощепи устройства, в кодирующее устройство введена дополнительна кодова дорожка, каждый дополиительный считывающий элемент содержит двухполюсный магнитопровод, полюсы которого расположены относительно (п-1) и дополнительной кодовых дорожек, и последовательно включенные магнит и магниторезистор , дополнительные считывающие элементы смещены друг относительно друга на половину кванта (п-1) дорожки, магниторезисторы включены во врем задающую цепь соответствеипо первого и второго одновибраторов, входы которых подключены к цепи опроса, а выходы - соответственно ко входам первой и второй схем «И, вторые входы которых соедипены с выходом генератора импульсов,pulses, counter, decoders, differentiating circuits, AND, OR, and NOT circuits, characterized in that, in order to improve the accuracy and simplicity of the device, an additional code path is inserted into the encoder, each additional reading element contains a bipolar magnetic circuit, poles which are located relative to (p-1) and additional code tracks, and a series-connected magnet and magneto-resistor, additional reading elements are shifted relative to each other by half a quantum (p-1) track , Magnetoresistors incorporated during the drive circuit sootvetstveipo first and second monostable multivibrators whose inputs are connected to the interrogation circuit and the outputs - to the inputs of respectively the first and second circuits "And, the second inputs of which soedipeny yield pulse generator,

третьи входы - соответствепно с первым и вторым выходами триггера, первый вход которого подключен к выходу -го считывающего элемента, выходы первой и второй схем «И соединены через первую схемуthe third inputs are correspondingly with the first and second outputs of the trigger, the first input of which is connected to the output of the th reading element, the outputs of the first and second circuits "And connected through the first circuit

«ИЛИ со входом счетчика, к выходам которого подключены дешифратор нарастающего и дешифратор убывающего кода, выходы которых подключены к соответствующим входам вторых схем «ИЛИ, выходы одновибраторов подключены ко входам третьей схемы"OR with the input of the counter, to the outputs of which are connected the descrambler of the accruing and descrambler of the decreasing code, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second circuits" OR, the outputs of the one-shot are connected to the inputs of the third circuit